在年轻星团周围搜索逃逸的OB型星

(银河系中有大量的恒星分布在星际空间中,其中很多都不和其他恒星明显成协,包括很多明亮的O, B型年轻恒星,可是和目前恒星形成图像稍微有些不一致的是,现在天文学家一般认为大质量的恒星都只能在致密的恒星形成区中和其他恒星一起形成,并在年轻星团中度过自己的幼儿时期,那么显然,对非星团中的OB型星,要给出一种解释,本文就从观测的角度尝试做出解答)

文章:Search for OB stars running away from young star clusters. II. The NGC 6357 star-forming region

  • 作者:V.V. Gvaramadze, A.Y. Kniazev, P. Kroupa, S. Oh
  • 论文索引:astro-ph/1109.2116
  • 编辑整理:南京大学 黄崧

背景知识

从观测上,天文学家已经知道年轻的大质量星团中心区域其恒星的密度是相当高的,这种高恒星密度可能是随着致密的分子云团中的恒星形成过程留下的原初现象,也可能是在年轻星团早期的演化过程中动力学分层形成的效果,不过可以想象的是在这样的区域里,恒星之间的动力学交汇 (dynamical encounter) 过程会相对的频繁,这种few-body (少体)动力学过程,在很多情况下,会起到类似弹弓的效果,把参与交汇的某颗恒星以高速抛射出去,这个过程对于星团的早期质量损失会起到很重要的作用,在演化到更晚期的时候,双星中的超新星暴发过程可以起到驱动恒星高速逃逸产生质量损失的过程,不过对于年轻星团,动力学交汇产生的质量损失占了绝对的主导,这个过程,潜在中也为银河系非星团环境中的年轻OB型星的存在提供了一种解释,甚至有天文学家认为,所有的场环境(Field,非星团)中的年轻大质量恒星都是通过动力学过程从年轻星团中逃逸出来的。

这样的逃逸过程其实并不陌生,至少有两种方法可以直接观测到这些“逃兵”,第一,可以通过临近星团周围恒星的运动学观测,通过自行,视向速度的测量得到恒星的运动速度,看该恒星是否有可能是从周围恒星中逃逸出来的;第二,这些逃逸出来的恒星的运动速度是很高的,很有可能超过了周围星际介质中的声速,从而在ISM中形成弓激波被观测到。从观测角度看,后一种方法的优势体现在相对于自行测量的困难,弓激波的观测更加直接,而且激波本身的形态和性质也提供了恒星逃逸速度,方向,和周围年轻星团的关系的具体信息。本文就是利用红外观测在大质量年轻星团周围寻找这些弓激波和年轻OB型星的工作,在一个被称为NGC6357的恒星形成区周围找到了7个弓激波的观测证据。


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Fig.1: 在NGC6357周围找到的7个弓激波代表的逃逸恒星候选体的位置,图中的数据是MSX卫星的21微米数据

NGC6357以及搜索过程

NGC6357是距离我们仅仅有1.7Kpc的一个延展而明亮的HII区,或者说,大质量恒星形成区,在天空中占据了40’x60’的天空,实际的物理大小也在20pcx30pc左右,其中有两个主要的结构,分别对应两个年轻星团(Pismis 24和AH03 J1725−34.4),并且和射电观测的两个子结构对应,关于这两个星团的具体性质可以参考文章,或者延伸阅读中给出的一个很好的数据库,下面简单的介绍一些,弓激波的搜索过程。

当恒星在星际介质中以超音速运动的时候,就会在运动方向上产生弓激波结构,不过弓激波的显著程度是和恒星周围的星际介质的密度,恒星自己的质量损失以及运动速度有关的,根据以往的经验,在中红外波段上搜索这样的弓激波结构是最有效的,光学和射电波段也可以作为辅助;不过这里需要注意的是,由于产生弓激波是需要条件的,并不是所有的逃逸的OB型星都能有这样的机会,比如当运动速度不足声速,或者周围的星际介质过于稀薄的时候,弓激波都不能够形成;即便产生了弓激波,也有可能过于暗弱,在红外观测的探测极限一下,或者由于周围星际介质的条件,形成的激波过于致密,很难在复杂的星际介质环境中区分出来,这也就意味着实际上逃逸恒星的数目可能是能探测到的弓激波的数量的很多倍。

在本文中,作者使用了来自Spitzer红外空间望远镜上的MIPS设备对银道面巡天的数据(见延伸阅读),刚刚发布数据的WISE红外卫星的数据和一颗叫做MSX(Midcourse Space Experiment)的卫星上面的红外设备的观测,总之是把能用到的红外观测都用上了,根据NGC6357的年龄的估计(1-2 Myr),假定从一开始就有恒星被踢出,再根据周围星际介质的条件,估计一般的能产生弓激波的逃逸速度 (30-50km/s),则这些逃兵们距离NGC6357的尺度应该在1-3度之间,根据这个范围,作者对红外数据进行了仔细的排查,找到了7个与弓激波对应的逃逸大质量恒星的候选。

本文结论

本文的结论是很直接的,找到了这些弓激波反映的逃逸恒星的候选,并研究了其多波段的红外性质就是最主要的结果了,文章中对每个候选的观测结果都进行了图文并茂的介绍,我们这里也节选了几幅图来反映主要的观测情况。


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Fig.2: 左图为MSX 21.3微米观测确认的1号弓激波的位置,右图为DSS巡天确认的产生弓激波的年轻恒星的对应位置


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Fig.3: Spitzer卫星24微米对 1,2,3,5号弓激波的观测结果


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Fig.4: WISE卫星眼中的4号弓激波,左上到右下分别是12,22,4.6和3.4微米的观测。

除了红外观测对弓激波的确认之外,作者还对产生这些弓激波的逃逸恒星进行了后续的光学光谱观测,并确认了他们都是O型的大质量恒星,这样以来,考虑到上文提到的真实逃逸恒星数量和观测到弓激波的差异,以及这些恒星的大质量本质,基本上,作者认为和理论上预测的年轻星团的早期质量损失图像相符合,逃逸的大质量恒星的数目也基本在一个量级上;并且,作者认为,在年轻星团周围利用红外巡天进行弓激波的搜索时是寻找大质量OB型星的一个有效的途径,而且这样的弓激波或者Shell一样的星际介质结构还有助于确认其他的一些有趣天体,比如本文还有像产生Shell结构的Wolf-Rayet星这样的副产品,不过这里就不过多介绍了。

本文总体来说是一篇中规中矩的介绍观测的文章,不过即便不谈前面介绍的那些和年轻星团早期动力学演化的背景,工作之余,喝着咖啡,看着这种图文并茂的观测文章,难道不是一种享受吗?


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Fig.5: 对产生1,2,4号弓激波的大质量恒星的后续光谱观测,其中证认出的谱线已经标注在图上,图中的DIB表示的Diffuse Interstellar Band

延伸阅读:

1. WEBDA: 银河系和麦哲伦云中星团的数据库
2. Spitzer MIPS的银道面巡天:MIPSGAL survey
3. Enigma of Runaway Stars Solved: ESO对于一颗逃逸的OB型星产生弓激波的观测报道
4 关于逃逸OB星族起源和意义的会议报告 (推荐)

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